Недавние научные изыскания, опубликованные в Cell Host & Microbe в 2025 году пролили свет на то, как бактерии выстраивают свою защиту, используя механизм, поразительно схожий с принципами вакцинации. Эта врожденная система действует как иммунитет, позволяя бактериям распознавать и нейтрализовать вирусные атаки при повторном контакте.
После столкновения с вирусом бактерия использует специфический фермент для внедрения крошечных фрагментов вирусной ДНК, именуемых спейсерами, в свою наследственную структуру. Таким образом создается архив для будущей идентификации и обороны. Этот процесс, по сути, является записью прошлого опыта для обеспечения будущего выживания.
Интересно, что ученые давно и активно пользуются этим самым явлением, которое легло в основу технологии CRISPR, однако только сейчас увидели его основную природную функцию в клетке — возможность оперативно вносить изменения в собственный геном.
Технология CRISPR применяет этот фермент в качестве «генетических ножниц» для манипуляций с ДНК в широком спектре задач, от лабораторных экспериментов до передовых генных терапий. Однако точный механизм этого процесса внутри самих бактерий долгое время оставался в тени до недавних исследований.
Понимание сложного взаимодействия между бактериофагами — вирусами, поражающими бактерии, — и их хозяевами критически важно для развития фаговых терапий. Фаговая терапия представляет собой метод использования вирусов для противодействия бактериальным инфекциям, не поддающимся антибиотикам. Молекулярный биолог Родольф Баррангу отметил, что эти знания могут способствовать разработке фагов, эффективных против более широкого спектра патогенных бактерий.
Бактерии располагают арсеналом, насчитывающим более 150 различных механизмов защиты от фагов, которые терапевтическим агентам необходимо научиться обходить. Новое понимание должно стимулировать более широкое видение применения фаговых методов лечения различных инфекционных недугов. Результаты исследования указывают на новые пути создания препаратов на основе фагов, которые будут задействовать внутренние защитные ресурсы бактерий. Осмысление того, как бактерии архивируют вирусные фрагменты ДНК, может позволить исследователям конструировать фаги, способные целенаправленно уничтожать патогенные бактерии, предлагая многообещающую стратегию в противостоянии антибиотикорезистентности.
В этой непрерывной эволюционной гонке вирусы также развили контрмеры. Было обнаружено, что некоторые бактериофаги, например ICP1, способны «похищать» весь набор генов системы CRISPR/Cas, внося полный хаос в защитные системы бактерии и лишая ее возможности эффективно противостоять инфекции. Кроме того, сама система CRISPR-Cas, являясь основой адаптивного иммунитета прокариот, также участвует в процессах, не связанных напрямую с защитой, например, в регуляции экспрессии генов и репарации ДНК. Это знание о внутренней архитектуре микробного иммунитета дает возможность осознанно формировать более устойчивые и гармоничные решения для здоровья в целом.